[发明专利]一种全α相钽涂层的制备方法

说明书

一种全α相钽涂层的制备方法，以钽作为溅射靶材，基体材料加热后，在氩气形成的0.6~0.95MPa工作压力下，用霍尔电源对基体材料表面进行轰击，然后调节基体材料正对靶材，加入直流溅射电流14~25A，待靶材起弧稳定后，在基体表面加入直流偏压40~80V，偏电流为60~90A。通过本发明方法，制备出全α相钽涂层，该涂层具有优异的耐腐蚀性能，与基体材料结合强度高、内应力低，可大幅度提高涂层的使用寿命，为工件提供长期有效的防护；该方法降低了制备成本，不采用昂贵惰性气体，也无需进行高温处理；本发明中磁控溅射温度低，适用于多种金属材料，而不降低工件性能。

技术领域

本发明涉及涂层制备技术领域，具体涉及一种α相钽涂层的制备方法。

背景技术

金属钽化学稳定性高，具有优异的耐蚀性能，抗浓硫酸、盐酸、碱等能力极强，此外，钽熔点高、蒸气压低，也适用于高温环境，且冷加工性能好，在化工、钢铁、冶金、医疗、电子、原子能及航天航空工业等诸多领域具有广泛的应用前景。在金属等构件表面制备出一薄层金属钽涂层也可以达到金属钽的优良耐蚀等性能，且材料成本大大降低，极大的推动了金属钽的应用，已在很多领域实现了成功应用。

金属钽具有α和β两种晶体结构，二者性能差异较大，其中α相钽为体心立方结构，具有优良的耐蚀性能和机械性能，可在剧烈的热冲击条件下防止裂纹的形成；β相钽为亚稳态四方结构，具有脆性大、硬度高等特点；β相钽在高于600℃开始转变为α相。在合金基材表面制备α相钽涂层，可以达到优异的性能，不过物理（磁控溅射、电弧离子镀等）和化学气相沉积（等离子体增强CVD、辉光CVD等）很难制备出全α相金属钽涂层，一般需要采用昂贵的Kr、Xe等作为工作气体、或者沉积涂层后进行后续高温热处理，才可以获得全α相的钽涂层。但是，Kr、Xe气体价格昂贵且稀有，后续高温处理会导致基体材料性能、涂层与基体之间的结合强度会受到影响。在不影响钢等基体性能的前提下，如何采用经济、简单的技术获得耐蚀性优良、与基体结合强度高、应力低的α相金属钽涂层，是影响金属钽涂层应用领域和应用效果的关键。

目前磁控溅射制备涂层时，常采用的工作气体为氩气，而本领域一致认为，在磁控溅射过程中，以氩气作为溅射气体时，在基体温度较低时，钽粒子在沉积过程中不足以从β相转化为α相，制备的钽涂层多为β相，或者是α+β混合相结构。因此，如何在低温环境下，以氩气为溅射气体制备出纯相α相金属钽涂层，充分发挥α相金属钽涂层耐蚀性优良、与基体的结合强度高，且应力低的特点，大幅度提高金属钽涂层的使用寿命，是目前本领域需要解决的技术难点。

发明内容

基于上述技术问题，本发明目的在于提供一种全α相钽涂层的制备方法，以氩气为工作气体，通过磁控溅射制备出钽涂层为全α相结构，具有高致密度和优异的平整度、内应力小，与基体之间的结合强度高。

本发明目的通过如下技术方案实现：

一种全α相钽涂层的制备方法，其特征在于：以钽作为溅射靶材，不锈钢基体材料加热后，在氩气形成的0.6~0.95MPa工作压力下，用霍尔电源对基体材料表面进行轰击，然后调节基体材料正对靶材，加入直流溅射电流14~25A，待靶材起弧稳定后，在基体表面加入直流偏压40~80V，偏电流为60~90A。